專利名稱：一種智能組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能組件，屬于變電站自動化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
智能電力設(shè)備是傳統(tǒng)電力設(shè)備適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，具備測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化、信息互動化等基本特征。是構(gòu)成智能電網(wǎng)和智能變電站的基礎(chǔ)元件，真正的智能電力設(shè)備應(yīng)該在物理設(shè)備上實現(xiàn)IEC61850中設(shè)定的邏輯節(jié)點，如變壓器邏輯節(jié)點，斷路器邏輯節(jié)點，隔離開關(guān)邏輯節(jié)點等，傳感器邏輯節(jié)點如溫度、壓力等應(yīng)分布在實際的智能傳感器上，智能傳感器通過過程層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送采樣數(shù)據(jù)給間隔層狀態(tài)監(jiān)測IED，并實現(xiàn)測控、保護等功能的高度集成，但是這種方式難度很大，尚處于研究階段，目前難以大規(guī)模實用化。目前可行的方法是配置基于IEC61850信息模型的智能組件對傳統(tǒng)電力設(shè)備進行智能化改造。智能組件是智能電子裝置(intelligent electronic device, IED)的有機集合，是電力設(shè)備智能化的核心部件，通常就近安裝于高壓一次設(shè)備旁，完成相關(guān)測量、控制、監(jiān)測等基本功能，也可將計量、保護、錄波、電能質(zhì)量監(jiān)測等作為擴展功能。智能組件內(nèi)部各IED在一體化的理念下進行優(yōu)化，除直接與保護相關(guān)的功能以外，按測量、控制、監(jiān)測、計量和保護等功能模塊進行IED的設(shè)計與配置，電力設(shè)備智能化的主要目標(biāo)之一是實現(xiàn)狀態(tài)信息的數(shù)字化采集和網(wǎng)絡(luò)化共享，因此，各大功能之間如何集成，各功能模塊之間如何進行信息交互才能滿足組件的狀態(tài)診斷、智能控制等高級應(yīng)用需求，智能組件需要與哪些設(shè)備交互信息，信息交互的通信接口和協(xié)議等都需要考慮。目前的智能組件多采用一個多功能IED的設(shè)計方案，由一個IED完成電力設(shè)備多參量的數(shù)據(jù)采集和傳輸，當(dāng)這個IED存在故障時，整個智能組件的功能便無法實現(xiàn)，智能組件的可靠性和可維修性較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種智能組件，智能組件內(nèi)部各IED在一體化的理念下進行優(yōu)化，各IED之間相互獨立，所有IED都接入過程層網(wǎng)絡(luò)，彼此之間的信息需求通過過程層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，智能組件中需要與站控層進行信息交互的IED同時接入站控層網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)下載設(shè)備指紋信息、反饋設(shè)備狀態(tài)、接受控制指令等功能，可以避免一個子IED的故障影響所有智能組件功能的實現(xiàn)，從而提升智能組件的可靠性和可維修性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種智能組件，外接上位機和電力設(shè)備，包括主IED和連接該主IED的若干子IED，其中:每個子IED包括傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機、電源模塊和存儲器，所述傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機和存儲器依次連接，所述電源模塊分別連接所述信號預(yù)處理電路和單片機；傳感器連接電力設(shè)備，采集該電力設(shè)備的各項參數(shù)，輸出表示各項參數(shù)的各模擬信號濾波；信號預(yù)處理電路接收各模擬信號濾波，并將接收的各模擬信號濾波轉(zhuǎn)化為各數(shù)字信號，將各數(shù)字信號傳遞給所述單片機；單片機連接所述主IED，對接收的各數(shù)字信號進行篩選，將篩選后的各數(shù)字信號傳給所述主IED和存儲器；存儲器將接收的各數(shù)字信號進行存儲；主IED連接所述上位機，將接收自各子IED的各數(shù)字信號進行分類處理，將分類后的各數(shù)字信號傳給所述上位機。上述的智能組件，其中，所述電力設(shè)備為變壓器，所述各子IED包括完成油中溶解氣體含量監(jiān)測功能的子IED、完成油中微水含量監(jiān)測功能的子IED、完成局部放電監(jiān)測功能的子IED、完成繞組溫度監(jiān)測功能的子IED、完成有載分接開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測功能的子IED、完成變壓器套管監(jiān)測功能的子IED、完成鐵芯接地電流監(jiān)測功能的子IED和完成變壓器振動監(jiān)測功能的子IED。上述的智能組件，其中，所述電力設(shè)備為GIS/斷路器，所述各子IED包括完成局部放電監(jiān)測功能的子IED、完成SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測功能的子IED、完成斷路器操作機構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測功能的子IED和完成觸點溫度監(jiān)測功能的子IED。上述的智能組件，其中，所述電力設(shè)備為避雷器，所述各子IED包括完成阻性電流監(jiān)測功能的子IED和完成全電流監(jiān)測功能的子IED。上述的智能組件，其中，所述電力設(shè)備為容性設(shè)備，所述各子IED包括完成等值電容量監(jiān)測功能的子IED、完成介質(zhì)損耗監(jiān)測功能的子IED和完成末屏電流監(jiān)測功能的子IED。本發(fā)明的智能組件內(nèi)的所有IED都接入過程層網(wǎng)絡(luò)，彼此之間的信息需求通過過程層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，主IED同時接入站控層網(wǎng)絡(luò)，與站控層進行信息交互，承擔(dān)下載設(shè)備指紋信息、反饋設(shè)備狀態(tài)、接受控制指令等功能。本發(fā)明的智能組件各子IED之間相互獨立，采用這種設(shè)計方案而不是一個多功能IED的設(shè)計方案，其優(yōu)點是:可以避免一個子IED的故障影響所有智能組件功能的實現(xiàn)，從而有效提升智能組件的可靠性；便于用戶根據(jù)工程需要從不同IED供應(yīng)商擇優(yōu)選擇合適的集成方案；具有更好的可維修性。


圖1是本發(fā)明的智能組件的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例一提供的智能組件的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明實施例二提供的智能組件的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明實施例三提供的智能組件的結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本發(fā)明實施例四提供的智能組件的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。請參閱圖1，本發(fā)明的智能組件1，外接上位機3和電力設(shè)備2，包括主IEDll和連接該主IED的若干子IED12，其中，每個子IED包括傳感器121、信號預(yù)處理電路122、單片機123、電源模塊124和存儲器125，所述傳感器121、信號預(yù)處理電路122、單片機123和存儲器125依次連接，所述電源模塊124分別連接所述信號預(yù)處理電路122和單片機123 ；所述傳感器121連接電力設(shè)備2，采集該電力設(shè)備2的各項參數(shù)，輸出表示各項參數(shù)的各模擬信號濾波；所述信號預(yù)處理電路122接收各模擬信號濾波，并將接收的各模擬信號濾波轉(zhuǎn)化為各數(shù)字信號，將各數(shù)字信號傳遞給所述單片機123 ；所述單片機123連接所述主IED11，對接收的各數(shù)字信號進行篩選，將篩選后的各數(shù)字信號傳給所述主IEDll和存儲器125 ；所述存儲器125將接收的各數(shù)字信號進行存儲；所述主IEDll連接所述上位機，將接收自各子IED12的各數(shù)字信號進行分類處理，將分類后的各數(shù)字信號傳給所述上位機3。再請參閱圖2，本發(fā)明的實施例一，智能組件201，外接變壓器202和上位機203，每個子IED采集一項參量數(shù)據(jù)并傳給所述主IED2011，智能組件201的各子IED包括:油中溶解氣體含量監(jiān)測子IED2012，監(jiān)測油中氣體的含量的變化，可以有效地反映變壓器的運行狀況、運行壽命和絕緣老化情況；油中微水含量監(jiān)測子IED2013，監(jiān)測油中微水含量的變化，可以有效的反映絕緣油本身的老化、設(shè)備絕緣老化及金屬部件的腐蝕情況；局部放電監(jiān)測子IED2014，監(jiān)測局部放電信號的變化，能夠反映變壓器絕緣性能的劣化程度；繞組溫度監(jiān)測子IED2015，監(jiān)測繞組溫度，能夠及時有效地反映變壓器運行狀況，保護變壓器安全可靠運行，并能有效延長變壓器的使用壽命，直接測量繞組熱點溫度一般使用光纖測溫的方法；有載分接開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測子IED2016，主要對有載調(diào)壓分接開關(guān)的電機的驅(qū)動電流、扭矩及磨損情況進行監(jiān)測，以便較早發(fā)現(xiàn)故障、排除故障，避免重大事故的發(fā)生；變壓器套管監(jiān)測子IED2017，主要是測量套管的介質(zhì)損耗、電容量、末屏電流，變壓器套管是將變壓器內(nèi)部高、低壓引線引至油箱外部與電網(wǎng)連接的重要部件，其絕緣狀態(tài)決定了變壓器運行水平，通過對變壓器套管的監(jiān)測可以掌握變壓器的運行水平；鐵芯接地電流監(jiān)測子IED2018，監(jiān)測鐵芯接地電流能及時反映鐵芯多點接地等故障，避免故障后長時運行對電網(wǎng)安全運行造成的危害；變壓器振動監(jiān)測子IED2019，在線監(jiān)測電力變壓器的振動異常，可實現(xiàn)變壓器缺陷的檢測和定位，在短路狀況下變壓器器身振動主要是由繞組振動引起的，可以利用發(fā)生短路事故時的變壓器器身振動信號，來監(jiān)測繞組是否發(fā)生了變形或松動。再請參閱圖3，本發(fā)明的實施例二，智能組件301，外接GIS/斷路器302和上位機303，每個子IED采集一項參量數(shù)據(jù)并傳給所述主IED3011，智能組件301的各子IED包括局部放電監(jiān)測子IED3012、SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測子IED3013、斷路器操作機構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測子IED3014和觸點溫度監(jiān)測子IED3015，其中:局部放電監(jiān)測子IED3012監(jiān)測局部放電信號的變化，局部放電是導(dǎo)致GIS設(shè)備絕緣劣化的主要原因之一，同時也是描述GIS絕緣老化的重要特征，通過對局放信號的監(jiān)測和分析，就能判斷GIS內(nèi)部是否存在某種絕緣隱患；SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測子IED3013，主要監(jiān)測氣體微水含量、溫度、密度、壓力等，可以評估SF6氣室的密封狀態(tài)和SF6氣體絕緣受潮風(fēng)險；斷路器操作機構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測子IED3014，主要監(jiān)測斷路器分合閘電流波形、行程曲線和振動聲學(xué)指紋等，能夠反映斷路器操動機構(gòu)的工作狀態(tài)。再請參閱圖4，本發(fā)明的實施例三，智能組件401，外接避雷器402和上位機403，每個子IED采集一項參量數(shù)據(jù)并傳給所述主IED4011，各子IED包括阻性電流監(jiān)測子IED4012和全電流監(jiān)測子IED4013。金屬氧化鋅避雷器(MOA)以其優(yōu)良性能廣泛應(yīng)用于GIS設(shè)備。當(dāng)MOA出現(xiàn)閥片老化、內(nèi)部進水受潮、內(nèi)部絕緣部件受損、表面嚴(yán)重污穢等狀況時，其絕緣特性遭到破壞，表現(xiàn)為阻性泄露電流增加，總泄漏電流、損耗也隨之增加，最終引起熱擊穿甚至爆炸事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運行。為保證MOA的安全可靠運行，應(yīng)采取有效方法對MOA的運行狀況進行檢測與分析，及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，防止事故發(fā)生。本發(fā)明的智能組件401主要測量MOA的阻性電流和全電流，通過監(jiān)測量的橫向和縱向比較可掌握MOA的絕緣狀態(tài)及其變化趨勢。再請參閱圖5，本發(fā)明的實施例四，智能組件501，外接容性設(shè)備502和上位機503，每個子IED采集一項參量數(shù)據(jù)并傳給所述主IED5011，各子IED包括等值電容量監(jiān)測子IED5012、介質(zhì)損耗監(jiān)測子IED5013和末屏電流監(jiān)測子IED5014。高壓容性設(shè)備包括套管、耦合電容器、互感器等，在長期運行中因污穢、化學(xué)腐蝕、電閃、發(fā)熱、機械力等因素變化的影響，絕緣性能逐漸下降，并可能導(dǎo)致嚴(yán)重缺陷，如未及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，潛在缺陷逐漸發(fā)展，并可能引發(fā)絕緣擊穿，造成設(shè)備損壞，造成大面積停電，帶來巨大損失，本發(fā)明的智能組件501主要測量容性設(shè)備的等值電容量、介質(zhì)損耗和末屏電流等，結(jié)合環(huán)境溫濕度可以評估容性設(shè)備的絕緣狀態(tài)及其變化趨勢。綜上所述，本發(fā)明的智能組件各子IED之間相互獨立，可以避免一個子IED的故障影響所有智能組件功能的實現(xiàn)，從而有效提升智能組件的可靠性；便于用戶根據(jù)工程需要從不同IED供應(yīng)商擇優(yōu)選擇合適的集成方案；具有更好的可維修性。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種智能組件，外接上位機和電力設(shè)備，其特征在于，該智能組件包括主IED和連接該主IED的若干子IED，其中: 每個子IED包括傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機、電源模塊和存儲器，所述傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機和存儲器依次連接，所述電源模塊分別連接所述信號預(yù)處理電路和單片機； 所述傳感器連接電力設(shè)備，采集該電力設(shè)備的各項參數(shù)，輸出表示各項參數(shù)的各模擬信號濾波； 所述信號預(yù)處理電路接收各模擬信號濾波，并將接收的各模擬信號濾波轉(zhuǎn)化為各數(shù)字信號，將各數(shù)字信號傳遞給所述單片機； 所述單片機連接所述主IED，對接收的各數(shù)字信號進行篩選，將篩選后的各數(shù)字信號傳給所述主IED和存儲器； 所述存儲器將接收的各數(shù)字信號進行存儲； 所述主IED連接所述上位機，將接收自各子IED的各數(shù)字信號進行分類處理，將分類后的各數(shù)字信號傳給所述上位機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能組件，其特征在于，所述電力設(shè)備為變壓器，所述各子IED包括油中溶解氣體含量監(jiān)測子IED、油中微水含量監(jiān)測子IED、局部放電監(jiān)測子IEDj^組溫度監(jiān)測子IED、有載分接開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測子IED、變壓器套管監(jiān)測子IED、鐵芯接地電流監(jiān)測子IED和變壓器振動監(jiān)測子IED。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能組件，其特征在于，所述電力設(shè)備為GIS/斷路器，所述各子IED包括局部放電監(jiān)測子IED、SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測子IED、斷路器操作機構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測子IED和觸點溫度監(jiān)測子IED。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能組件，特征在于，所述電力設(shè)備為避雷器，所述各子IED包括阻性電流監(jiān)測子IED和全電流監(jiān)測子IED。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能組件，其特征在于，所述電力設(shè)備為容性設(shè)備，所述各子IED包括等值電容量監(jiān)測子IED、介質(zhì)損耗監(jiān)測子IED和末屏電流監(jiān)測子IED。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能組件，外接上位機和電力設(shè)備，所述智能組件包括主IED和連接該主IED的若干子IED，每個子IED包括傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機、電源模塊和存儲器，其中傳感器、信號預(yù)處理電路、單片機和存儲器依次連接，電源模塊分別連接所述信號預(yù)處理電路和單片機，單片機連接主IED，主IED連接上位機，將接收自各子IED的各數(shù)字信號進行初步處理并將處理后的數(shù)字信號傳給上位機。本發(fā)明的各子IED之間相互獨立，可以避免一個子IED的故障影響所有智能組件功能的實現(xiàn)，便于用戶根據(jù)需要從不同的IED供應(yīng)商選擇合適的集成方案，具有更好的可維修性。
文檔編號G01D21/02GK103217192SQ20131010006
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者張偉, 李潔, 周靜, 鞠荏, 吳以岷, 朱海梅, 劉巖, 孫偉華, 顧東壕, 陳耀平 申請人:國家電網(wǎng)公司, 上海市電力公司